Este documento describe los pasos para calcular la malla de tierra de una subestación eléctrica de 69/13.8KV. Inicialmente, se midió la resistividad del suelo en la ubicación mediante sondeos verticales. Luego, se introdujeron los datos en un software para obtener un modelo de dos capas del suelo y calcular los voltajes de toque y paso. Finalmente, se diseñó la malla con varillas de cobre enterradas a 0.8 metros y se verificó que cumple con los estándares de seguridad.

1. CALCULO DE LA MALLA DE TIERRA DE UNA SUBESTACION ELECTRICA
69/13.8KV
Una unidad de Negocio dispone de un espacio físico para la construcción de una S/E de
40 x 38 en un sector del Litoral Ecuatoriano, sitio en el que tiene previsto la construcción
de una subestación eléctrica de 5 MVA- 69(delta)/13,8 KV(Estrella-tierra).
Para el diseño de malla de tierra de la S/E se ha considerado la normativa IEEE-80, que nos
indica el procedimiento de cálculo del diseño respectivo.
Como el área de la malla en la que estarán los equipos y transformador de potencia será de 25x
35 m, se debe proceder a realizar como paso inicial la medición de la resistividad del suelo en
la que se la realizará la malla. Se debe efectuar sondeos verticales con un telurímetro para
conocer como es el terreno; el profesional o empresa que se adjudica la obra debe efectuar
varias mediciones a lo largo de varias rutas seleccionadas, para luego obtener un promedio de
las mediciones. La malla a realizarse debe llevar varillas de cobre de longitud de 2,4 metros-
doble camada determinadas para que se cumpla con la normativa IEEE-80 y valores que solicite
la Unidad de Negocio.
Para este ejemplo se ha seleccionado dos rutas, pero es necesario se realicen más medidiones y
a mayor profundidad para tener valores más exactos de la resistividad del suelo.
SONDEO VERTICAL
a ruta 1 ruta 2 resistividad resistividad promedio
1 50 52.5 314.16 329.87 322.01
2 30 33.8 376.99 424.74 400.87
4 11.25 12.1 282.74 304.11 293.42
6 4.1 4.2 154.57 158.34 156.45
8 2.85 2.3 143.26 115.61 129.43
10 1.65 1.4 103.67 87.96 95.82
Se introducen los datos del terreno en el software ETAP para obtener el modelo de 2
capas y que sea transferido al programa para los cálculos respectivos del voltaje de
toque y de paso.
Se pica con el mouse en la grilla colocada y se elige IEE-80 o por método de elementos
finitos, para el caso se selecciona la opción segunda.

2. Una vez que se entra al menu del suelo, se selecciona “calculated”y se va a “Analysis”.
Se debe colocar la profunidad de la capa superficial, cuya valor puede estar entre 10 y
15 cm y definir el valor de las dos capas del suelo, que puede ser calculado por el mismo

3. ETAP o definido por el usurio, para este último caso se puede utilizar cualquier método
para obtener el modelo de dos capas.
Se selecciona “Add” para agregar los datos de campo y una vez completados sus
valores, se da ‘calculated’.

4. ñ
Como siguiente paso es necesario exportar la malla que previamente se la realiza en
AUTOCAD, con la finalidad de facilitar al diseñador el diseño que debe realizar. Se realiza
la malla con cuadrículas de 5x 5 m. El espesor de la capa superficial generalmente está
entre 10 y 15 cm.

5. Se va a colocar en la malla 20 varillas de acero revestida de cobre (doble camada) de
2.4 metros de longitud a lo largo del perímetro y en el interior de la malla.

6. En el ETAP se introduce el diagrama unifilar de la red desde la alimentación hasta el
punto en donde se va a construir la S/E con la malla respectiva, se muestra en el
diagrama siguiente. Previamente ya se ha introducido toda la información que el ETAP
necesita para el calculo de las corrientes de cortocircuito.

7. Se importa la malla de AUTOCAD al módulo de tierra del ETAP.
Una vez importada la malla, se procede a configurar los conductores y las varillas, en
cuento a la profundidad y el diámetro de la varilla.
Corregido los datos se tienen varillas y conductores a la misma profundidad de 0.8
metros.

8. Se corre el cortocircuito para un ciclo (máxima corriente), siendo estas, las de las figura,
estos valores se los transfiere al módulo de tierra.
Para la falla fase a tierra, se obtiene:

9. Para el cálculo de los voltajes de toque y de paso se determina el factor , que da el
porcentaje de corriente que fluye a la malla de tierra. Para ello se utiliza la tabla del IEEE-
80-2013 en el que en base a las líneas de distribución y alimentadores primarios, se
obtiene su valor. Para cuando se desconocen los valores de tierra de la línea de
transmisión y de distribucion e adoptan los valores de la tabla C1 de la última columna.

10. =
Como no se tiene 1 L/T y 3 de distribución, se toma el promedio de los valores de 1 /2
¼, así:
½ → 2,18 + 0,412
1/4 → 1,32 + 0,244
= 1,75 + 0,328 ; = 2,26 ℎ!" #
= $
%.'( )*.+,-
%.'( )*.+,- ,.,.
/ = $
%.'( )*.+,-
0.*1 )*.+,- ,.,.
/
=
%.'-*0
0.%-+
= 0.4339 = 43.39%
Ralizado el estudio para el caso presente y corriendo el etap para determinar los
valores de toque y de paso se obtiene el siguiente resultado.

11. La malla es segura con los valores y reticulados iniciales.
Como se puede apreciar si ha considerado para los voltajes de toque y de paso el valor
de la corriente de una falla en el el lado de 69 KV, ya que el lado de 13,8 KV no contribuye
con el GPR.
=
+- (*
,
= 44 %

12. Se coloca una capa superficial de 15 cm de resistividad 3000 ohm-metro.
Si no se dsispone de un sofftware, el mínimo tamaño del conductor de la malla se
determina utilizando la expresión:
456789 = : ∗
197,4
<
=>4?
@A ∗∝C∗DE
ln (
I + =!
I + =J
)
TCAP= factor de capacidad térmica
Ko= coeficiente térmico de resistividad
Tm= temperatura máxima de fusión del material (cobre)
Tc= tiempo de despeje de la falla (0,5 segundos)
Ta= temperatura ambiente
I= corriente de falla(cortocircuito) en KA en el lado de 13,8 KV
∝= Coeficiente térmico de resistividad
L= resistividad del material

13. Los datos utilizados de las líneas son:
 Linea 69 KV S/E (desde la fuente a la barra 1: 477 MCM):
El tramo de esta línea es de 13 Km.
 Linea barra 2:69 KV a la barra 3 (S/E a diseñarse):
El tramo de esta línea es de aproximadamente 40 Km.
La corriente de falla máxima se calcula por:
: = 3 ∗ :M
:* =
N
( O P Q) )(RQ RO RP)
Donde:
R1 = R2= resistencia de secuencia positiva total
R0 = resistencia de secuencia cero total
X1 =X2 = reactancia de secuencia positiva total
Xo = reactancia de secuencia cero total
3 :* =
+∗N
( O P Q) )(RQ RO RP)
Para la barra de 69 KV se tiene:
La máxima corriente de falla es de 2057 A para la barra de 13,8 KV, con este valor se
calcula el calibre del conductor de la malla
También a realizar este estudio utilizando el CYMGRD, la malla se vuelve a dibujar de
acuerdo a lo que especifica el CYMGRD, ya en AUTOCAD se va a importar al CYMGRD;
el proceso de guardado y de importaci[on es diferente al ETAP.
La malla importada del AUTOCAD al CYMGRD aún si las varilla se muestra a
continuación:

14. La malla con conductores y varillas importadas desde el autocad es:

15. Se corre la malla y se obtiene el factor de corte y la resistencia de la malla.
El diagrama de perfil para la malla que se diseña es el de la figura:
La maya cumple con la normativa IEEE-80 y es segura.